電網事故處理綜合輔助決策系統

周子融

（廣東電網有限責任公司珠海供電局，廣東 珠海 519000）

為適應大電網的運行管理要求，實現電網異常及事故情況下的快速響應，需要進一步提高運行管理水平和調度員的工作能力。然而，電網的事故處理是一個異常復雜的動態決策系統，很多因素都會影響到電網的事故處理，而且很多因素都是不確定的。現有的穩態運行分析軟件很難提供有效的幫助，幾乎都是憑借調度員豐富的運行經驗來處理事故。調度員在電網發生大面積停電故障時責任重大、負擔過重且緊急復雜的場面很難通過直覺和經驗對故障進行判斷，更不要說通過有效的措施降低事故帶來的損失。在各種的大面積停電故障中，有不少因為調度員處理不當或者誤操作造成事故擴大的局面。因此電網運行亟需為調度員配置一套高智能、高速度、高質量的電網事故處理綜合輔助決策系統，在電網正常運行時，提供電網狀態在線監視和預警，在電網發生故障時，提供準確及時的輔助決策，在平常工作時，提供反事故演習的訓練環境。本系統將實時跟蹤電網的運行狀態，提示電網運行風險，協助調度員有效控制電網事故發生、發展，縮短電網恢復正常運行的時間，減少電網事故帶來的損失。該系統為調度人員的日常調度工作提供輔助決策參考，可使電網由目前的“人工分析型”調度上升為“自動智能型”調度，提高電網運行的強壯性和電能質量。該系統將是下一代調度自動化系統發展的主要組成部分，適應未來智能電網發展的趨勢，在互聯大電網的監控中，具有十分廣闊的推廣應用前景。

本系統的研究和開發擴展了調度自動化系統的功能，使得調度員在處理各項業務時有了輔助決策支持，對現代電網的駕馭能力有了質的提升，還能在保障電網安全運行的前提下挖掘電網運行的經濟潛力，使得電網經濟、優質、穩定、安全運行，提升了經濟效益和社會效益。從目前全國調度自動化系統的現狀來看，該項技術的研究具有前瞻性和必要性。

1 項目研究背景

目前，電網事故處理綜合輔助決策系統的研究和開發已經日益受到電力部門的重視。其中，正常運行情況下的安全預警研究已經取得了豐碩成果，并且已經有了實用化的系統。電網事故處理綜合輔助決策系統在技術和理論條件的限制下還處在離線應用和理論研究階段。能夠實現安全在線運行的、功能完善的、實用化的電網事故輔助決策系統還非常少見。

我國蘭州供電局在2005年首次利用故障信息系統和調度自動化系統的信息在實時運行電網中實現了故障診斷和電網恢復。該系統有以下技術特點：首次在在線故障分析中調取了故障信息系統和調度自動化系統信息來進行判斷；系統在故障決策系統運行期間能夠正確并且自動地區分調度自動化系統的實際故障信息和誤報信息并且對故障的結果判斷正確；但是對于不確定性的故障信息的處理、診斷和恢復復雜故障的處理、大面積的停電區域進行故障恢復等情況仍需改進和完善。可見，應用于蘭州的電網故障智能決策支持系統雖然在系統集成、偽報警信息處理等方面取得了一些實用性的技術突破，但該系統在故障診斷和恢復的理論研究和應用上，還存在著較大的欠缺。

故障診斷和故障恢復作為電網事故智能輔助決策系統的重要研究內容，國內外針對這2個課題的研究非常活躍，研究方法也多種多樣，幾乎囊括了人工智能研究領域的各種方法，比如專家系統、人工神經網絡、petri網絡、模糊集、粗糙集和遺傳算法等。但是對算法進行實用化很罕見或者最多只用于規模較小的電網。

2 項目研究內容

項目研究內容如圖1所示。

圖1 研究內容

2.1 主要技術內容

（1）電網事故處理綜合輔助決策系統總體設計與實現方案的研究

研究本項目的系統結構、總體功能、信號分片和組合條件分類篩選和顯示及實施方案等。

（2）電網設備運行狀態在線監視和風險告警

主要研究潮流越限監視、一次設備狀態監視、系統故障跳閘監視、特殊方式、供電路徑和供電范圍監視及重要用戶風險監視等功能。

（3）電網故障識別和故障診斷

研究電網故障診斷啟動檢測、故障信息分類、設備故障可信度計算、故障設備識別及開關和保護動作行為分析、損失負荷統計及故障診斷規則庫等。

（4）電網事故智能恢復策略

研究電網發生事故后，故障隔離、故障恢復路徑搜索、故障恢復預案編制、故障恢復預案推送及故障恢復模擬預演及故障報告生成等。

（5）EMS系統的組合條件分類顯示

信號分片和組合條件分類篩選和顯示。

2.2 主要技術難點

技術難點如圖2所示。

圖2 技術難點

2.2.1 故障信息整合

目前電網發生故障時，存在故障信息過少和過多的技術難點。故障信息過少是指僅利用發生故障時的開關跳閘信息，但僅依靠開關跳閘無法實現故障設備的準確定位，導致故障診斷結果不準確，反而會誤導調度員。故障信息過多是指發生故障時既利用開關跳閘信息，也利用保護動作信息和其他告警信息，但信息量過多，存在維護工作量大、維護復雜和實用化程度低等問題，因此如何合理地利用故障信息是本項目的一個技術難點。

2.2.2 故障設備診斷

電網發生故障時，海量故障信息涌入調度中心，如何利用海量的故障信息進行信號分片和組合條件分類篩選和顯示，快速地診斷出故障設備是本項目的第二個技術難點。

2.2.3 故障恢復策略

實現故障隔離、故障恢復是電網發生故障后的電網事故處理的關鍵。一旦處理不當，將會導致故障的擴大，因此如何結合中山電網的接線方式、運行方式、故障恢復預案來進行故障恢復策略也是本項目的研究難點。

3 技術路線

技術路線如圖3所示。

圖3 技術路線

3.1 針對大規模地調系統的一二次設備統一建模

以前的研究多為建設1個獨立的故障診斷系統，模型信息需要二次維護，實時信息和故障跳閘信息通過人工設置或從EMS系統獲取，故障診斷以開關跳閘信息為主。這種方式用戶維護量大，故障信息少，故障診斷結果不準確，只能分析事故區域，無法準確定位故障設備，且多以離線系統為主，尚無成功運行的在線事故輔助決策系統。這種思路不適合大規模地調系統的事故處理需求，無法滿足智能電網發展的需要。本項目基于IEC61970標準，通過CIM/CIS共享EMS系統的模型、圖形、實時信息、故障信息，以及繼電保護故障信息系統的保護動作信息，實現EMS系統中一次模型和繼電保護信息系統的二次模型信息的統一建模。可以在很大程度上減少用戶的二次維護工作量。

3.2 基于專家系統＋優化算法的智能事故輔助決策系統

單獨的專家系統或優化算法在電網事故輔助決策系統中研究的比較多，但在電網發生復雜故障時，單純地依靠專家系統或者優化算法無法對故障信息之間的關聯關系進行準確的建模，很難得到準確的診斷結果，也無法提供準確的事故恢復策略。本項目將提取調度員事故處理的經驗知識，模擬調度員事故處理的人工思維，對電網中開關、保護動作信息的關聯關系進行專家系統建模，采用專家系統＋優化算法實現智能型事故輔助決策支持。該項研究具有重大的理論意義，工程實用價值在于保證了電網安全運行穩定、縮短事故停電實際時間、提高了供電可靠性。

3.3 基于故障恢復路徑自動搜索和故障處理預案相結合的事故處理策略

在電網發生事故時，系統自動搜索可行的故障恢復路徑。

4 預期目標及創新點

本系統的研究和開發擴展了調度自動化系統的功能，使得調度員在處理各項業務時有了輔助決策支持，對現代電網的駕馭能力有了質的提升，還能在保障電網安全運行的前提下挖掘電網運行的經濟潛力，使得電網經濟、優質、穩定、安全運行，提升了經濟效益和社會效益。從目前全國調度自動化系統的現狀來看，該項技術的研究具有前瞻性和必要性。

本項目的創新點如圖4所示。

圖4 系統創新點

4.1 基于專家系統＋優化算法的智能事故輔助決策系統

本項目提取調度員事故處理的經驗知識，模擬調度員事故處理的人工思維，對電網中開關、保護動作信息的關聯關系進行專家系統建模，采用專家系統＋優化算法實現智能型事故輔助決策支持。

4.2 基于二叉樹的事故恢復最小路徑正反向搜索

系統從失電設備出發，通過正向廣度優先搜索形成二叉樹，然后從帶電的葉子節點反向搜索最小供電恢復路徑。

4.3 共享EMS系統的模型、圖形、實時方式和電網故障信息

大大減輕自動化人員的維護工作量，保證系統模型和EMS系統的實時一致性，提高系統的實用效果。

5 主要技術經濟指標

系統指標情況如圖5所示。

圖5 系統背標情況

本項目實施后，各項指標情況為系統可用率大于95%、系統響應時間小于1 s、系統處理時間小于10 s、系統處理正確率100%。可有效避免調度員誤操作的情況以及縮短在電網故障上所浪費的精力和時間，使得電網經濟、優質、穩定、安全運行，提升了經濟效益和社會效益。